照明装置的制作方法

1.本公开涉及一种照明装置。更具体地，发明涉及一种包括多个led光源器件的照明装置。


背景技术：

2.在许多应用中，基于led的照明装置已经取代了传统的光源装置(例如，白炽光源装置)。特别地，低能耗、长寿命以及颜色和色温(colour temperature)的高可变性使得基于led的照明装置成为大多数应用的优选选择。
3.出于技术原因，基于led的照明装置通常包括多个单独的发光器件，每个发光器件包括led光源器件。多个单独的发光器件通常以阵列(例如，线性阵列)布置。
4.在一些应用中，需要定向照明。对于定向照明，由多个发光器件发射的光通过光学系统准直，使得发光器件中的每个的光成形为具有窄锥角的光束。光束的可能锥角可以是2
°
。
5.照明装置中使用的led光源器件通常包括用于发射激发光的led芯片以及覆盖led芯片以将激发光转换为预定色温的照明光的磷光体主体。因为led芯片总是发射在窄波长带宽内的光，所以这种光通常不太适合用于照明目的。因此，磷光体用于将由led芯片发射的光中一些或全部转换为预定色温的照明光。色温可以基于照明装置的具体应用来确定。
6.当多个led光源器件彼此靠得很近放置时，一个led芯片的激发光可以行进到相邻的led光源器件的磷光体主体中。这种作用通过选择性地激活或者停用各个led光源而降低了可用对比度。为了实现期望的对比度(例如，约200:1或更高)，已知的led光源因此还包括位于led芯片的侧表面和/或磷光体主体的侧表面上的光阻挡层。光阻挡层可以包括与二氧化钛颗粒混合的硅。光阻挡层有时也被称为侧涂层。
7.由于光阻挡层，无论各个led光源在阵列中被封装的紧密程度如何，led光源的阵列都总是包括置于发光表面部分之间的暗表面部分。由于进一步的技术限制(例如，在制造期间的各个led光源的处理)，led光源无法在没有间隙的情况下以阵列封装。即使可以克服这种技术限制，将led光源以阵列封装也会产生热管理的问题。
8.当由led光源的阵列(包括置于发光表面部分之间的暗表面部分)发射的光被光学系统准直时，所得到的照明场具有其中从各个led光源发出的各个光束被间隙分开的梳状结构。例如当用于由车辆前灯或路灯照明道路时或者当用于由室内灯照明工作空间时，这种照明场会是不利的。
9.通过修改用于光的准直的光学系统，可以减小或者甚至完全去除照明场中的间隙。然而，这种修改增加了光学系统的复杂性，因此使得照明装置更昂贵。


技术实现要素：

10.会期望具有一种包括以阵列布置的多个led光源器件的照明装置，该照明装置提供具有改善的均匀性的光场。
11.还期望具有一种包括以阵列布置的多个led光源器件并且具有降低的复杂性的光学系统的照明装置。
12.也期望具有一种包括以阵列布置的多个led光源器件的照明装置，该照明装置提供改善的热管理。
13.上述目的中的一些或全部通过根据所附权利要求的照明装置来实现。
14.在一个实施例中，照明装置设置有多个发光器件和用于准直由所述多个发光器件发射的光的光学系统，其中，发光器件中的每个包括led光源器件，led光源器件具有：led芯片，用于发射激发光；磷光体主体，覆盖led芯片，用于将激发光转换为预定色温的照明光；以及光阻挡层，布置在led芯片的侧表面和/或磷光体主体的侧表面上，其中，第一组发光器件布置在具有第一间隙的第一线性阵列中，并且第一光学系统布置在第一组发光器件附近，第一光学系统的光轴与第一线性阵列基本正交，其中，至少一个第二组发光器件布置在与第一线性阵列平行的至少一个第二线性阵列中，所述至少一个第二线性阵列具有第二间隙，至少一个第二光学系统布置在所述至少一个第二组发光器件附近，第二光学系统的光轴与第二线性阵列基本正交，并且第一光学系统和所述至少一个第二光学系统布置为使得由第一组发光器件发射的通过第一光学系统准直的光和由所述至少一个第二组发光器件发射的通过所述至少一个第二光学系统准直的光在距照明装置预定距离处叠加，以形成基本无间隙的照明场。
15.取代使用复杂的光学系统来减小照明场中的间隙，本发明的照明装置使用两个光学系统，每个光学系统提供由于相应阵列中的led光源器件之间的间隙而具有间隙的部分照明场，其中，部分照明场叠加，使得一个部分照明场的光束与另一部分照明场的间隙相遇，反之亦然。所得到的照明场可以是基本无间隙的。
16.虽然参考所得到的照明场在预定距离处基本无间隙，但是理解的是，所得到的照明场优选地在大于预定距离的距离处保持基本无间隙。
17.led光源器件中的每个可以具有发光表面，发光表面在第一阵列或第二阵列的方向上具有预定的第一宽度。相邻的led光源器件之间的间隙中的每个可以在第一阵列或第二阵列的方向上具有预定的第二宽度。第一宽度和第二宽度可以被选择为使得相邻的led光源器件的发光表面之间的距离基本等于第一宽度的整数倍。相邻的led光源器件的发光表面之间的距离可以基本等于第一宽度。
18.第一光学系统的光轴和第二光学系统的光轴可以基本彼此平行。第二组光源器件中的光源器件关于第二光学系统的光轴的位置可以相对于第一组光源器件中的光源器件关于第一光学系统的光轴的位置偏移。
19.第一阵列和第二阵列可以沿着与第一阵列和第二阵列平行的基线布置。第一阵列和第二阵列可以沿着与第一阵列和第二阵列正交的基线布置。
20.第一宽度可以在0.5mm与1mm之间。
21.第一光学系统和第二光学系统可以包括正透镜。第一阵列和第二阵列可以基本布置在相应的正透镜的焦平面中。
22.第一组发光器件和第二组发光器件可以放置在第一印刷电路板和第二印刷电路板上。第一组发光器件和第二组发光器件可以放置在公共印刷电路板上。
23.照明装置还可以包括控制单元，控制单元能够选择性地激活/停用所述多个发光
器件中的各个发光器件。
24.照明装置可以是车辆前灯，并且距照明装置的预定距离可以在20m与30m之间，优选地25m。照明装置可以是路灯，并且距照明装置的预定距离可以在3m与6m之间。照明装置可以是室内灯，并且距照明装置的预定距离可以在2m与4m之间。
25.现在将参照示例性附图来详细地描述发明的可行实施例。下文描述的附图和实施例仅用于更好地理解发明，而不将发明的范围限制于所描述的实施例的确切细节。发明的范围通过所附权利要求确定。
附图说明
26.图1是led光源器件的简化图。
27.图2是照明装置的图。
28.图3是发光器件的阵列的图。
29.图4是由图2的照明装置发射的光场的图。
30.图5是改善的照明装置的图。
31.图6a至图6c是由图5的照明装置发射的光场的图。
32.图7a至7c是印刷电路板的图。
33.图8a至8c示出了led光源器件的二维阵列。
34.图9示出了另一照明装置的主要设计。
具体实施方式
35.图1以剖视图示出了led光源器件1。led光源器件1包括led芯片2，led芯片2的阳极侧连接到第一引线框3。led芯片2的阴极侧连接到第二引线框4。在一些led光源设计中，可以省略引线框3和4，并且焊料接触件可以直接设置在led芯片的表面上。
36.led芯片2嵌入磷光体主体6中。磷光体主体6用于将由led芯片2发射的窄带宽光转换为期望色温的照明光。磷光体主体6也可以用于将第一引线框3和第二引线框4机械地连接。
37.磷光体主体6可以包括具有浸入的磷光体颗粒(未示出)的透明树脂。磷光体颗粒可以包括一种或更多种不同类型的磷光体，选择所述磷光体以提供照明光的期望色温。
38.磷光体主体6的横向侧被光阻挡层(也被称为反射层7)围绕。反射层7设置为使得激发光和/或照明光不能在led光源器件1的横向侧处离开led光源器件1并进入相邻的led光源器件中。这种交叉照明会降低使用led光源器件的照明装置的可用对比度，而这是不期望的。
39.反射层7可以由具有嵌入的tio2颗粒的硅组成。反射层7有时也被称为侧涂层(side coating)。
40.由于所描述的led光源器件的设计，这种装置总是包括被不发光的表面围绕的发光表面部分。发光表面部分可以具有约1mm2或更小的尺寸，例如，在0.5mm2与1mm2之间的尺寸。反射层7可以具有约0.01mm或更小的厚度。
41.图2描绘了包括以线性阵列12布置在电路板11上的多个led光源器件1的照明装置10。提供透镜15以用于使由各个led光源器件1发射的光准直。因此，led光源器件1的发光表
面部分大致放置在透镜15的焦平面中。虽然透镜15被描绘为单个透镜，但是它同样可以包括形成光学系统的多个透镜。这种光学系统可以例如提供照明光的颜色校正、光学系统的长度和/或重量减小，或者两者都提供。光学系统可以包括反射元件而不是透镜，或者除了透镜之外，光学系统还可以包括反射元件。
42.图3以平面图描绘了led光源器件1的阵列12。各个led光源器件1定位为在相邻的led光源器件1之间留下间隙20。
43.出于一些原因，间隙20是必需的。一个原因在于：由于每个自动化过程必须提供位置公差，因此在自动化过程中难以在没有间隙20的情况下放置led光源1。另一原因在于：间隙20提供了各个led光源器件1中产生的热量的耗散。又一原因可能在于：相邻的led光源器件的引线框需要具有最小距离以避免短路。
44.因此，阵列12中的相邻的led光源器件1的发光表面部分分开距离“d”，距离“d”等于间隙20的宽度加上反射层7的双倍宽度。
45.图4中描绘了由图2的照明装置发射的可能的光场。光场通过由各个led光源器件1发射的光通过透镜15投影到参考平面35上来限定。针对汽车应用，参考平面可以距离照明装置25米。
46.可以看出，光场由被暗空间31分开的多个光束30组成。暗空间31可以看作将led光源器件1的发光表面部分分开的间隙20和反射层7的投影。
47.虽然可以修改透镜15使得暗空间31减小，但是这种修改使得透镜15更复杂和昂贵，同时降低了照明装置10的可用对比度。
48.图5中描绘了改善的照明装置100。
49.照明装置100包括布置在第一阵列102中的第一组led光源器件101。各个led光源器件101通过间隙103与相邻的led光源器件101分开。第一透镜105定位在led光源器件的第一阵列102附近，使得第一透镜105的光轴106与第一阵列102基本正交，并且第一组led光源器件101的发光表面大致定位在第一透镜105的焦平面中。
50.如上面参照图2描述的，第一透镜105可以是单个透镜或包括一个以上光学元件的光学系统。
51.第二组led光源器件111布置在位于第一阵列102旁边的第二阵列112中。同样，各个led光源器件111通过间隙113分开。第二透镜115定位为使得第二透镜115的光轴116与第二阵列112大致正交，并且led光源器件111的发光表面大致定位在第二透镜115的焦平面中。
52.图6a中描绘了由led光源器件101的第一阵列101发射的光场。图6b中描绘了由led光源器件111的第二阵列发射的光场。
53.可以看出，类似于图4中描绘的光场，图6a和图6b中描绘的光场包括光束120和121，光束120和121与led光源器件101和111的发光表面部分对应，光束120和121通过暗空间122和123分开，暗空间122和123与第一阵列102的间隙103和第二阵列112的间隙113以及led光源器件101的不发光表面部分和111的不发光表面部分对应。
54.第一阵列102的间隙103和第二阵列112的间隙113定制(dimensioned，尺寸定制)为使得由第一阵列102发射的光场的光束120适合于由第二阵列112发射的光场的暗空间122，反之亦然。因此，第一阵列102的间隙103和第二阵列112的间隙113定制为使得相邻的
led光源器件101和111的发光表面部分之间的距离d等于led光源器件101和111的发光表面部分的宽度。同时，第一阵列101中的led光源器件101关于第一光轴106的位置相对于led光源器件111关于第二光轴116的位置偏移发光表面部分的宽度的约一半。
55.在图6c中描绘了第一阵列102和第二阵列112以及第一透镜105和第二透镜115定位为使得由第一阵列102和第二阵列112发射的光场在感兴趣区域中重叠，以形成连续且无缝的光场。感兴趣区域可以包括预定距离，并且延伸超过所述预定距离。在汽车应用中，在根据光度测量规则(photometric regulations)的预定距离可以为25m的情况下，感兴趣区域可以例如延伸至100m至150m或者甚至超过150m。感兴趣区域可以包括无穷大。
56.如果感兴趣区域非常远离第一透镜105和第二透镜115，则光轴106和116可以近似平行。在其它情况下，第一光轴106和第二光轴116可以形成尖角(sharp angle)。
57.在图5中描绘的示例中，照明装置100包括led光源器件101和111的两个阵列102和112。在未在附图中示出的可选设计中，照明装置可以包括两个以上led光源器件的阵列，并且相邻的led光源器件之间的间隙可以定制为使得相邻的led光源器件的发光表面部分之间的距离等于发光表面部分的宽度的整数倍。
58.如图7a中描绘的，led光源器件的至少两个阵列可以放置在单独的电路板上。led光源器件101的第一阵列102放置在第一电路板150上，并且可以通过第一连接布线151连接。led光源器件的第二阵列112放置在第二电路板160上，并且可以通过第二连接布线161连接。
59.将led光源器件的至少两个阵列放置在单独的电路板上有助于容易地调节相应阵列的相对位置。
60.如图7b中描绘的，led光源器件的至少两个阵列可以替代地放置在公共单个电路板上。这里，led光源器件101的第一阵列102和led光源器件111的第二阵列112彼此相邻地放置在单个电路板170上，可通过连接线171连接。
61.将led光源器件的至少两个阵列放置在公共电路板上有助于在照明装置的制造期间容易地处理相应的阵列。
62.在图7a和图7b中，第一阵列102和第二阵列112沿着与第一阵列102和第二阵列112平行的基线(未示出)布置。
63.图7c描绘了led光源器件在电路板180上的另一可行布置。这里，led光源器件101的第一阵列102和led光源器件111的第二阵列112沿着与相应的阵列102和112正交的基线(未示出)布置。在这种情况下，透镜105和115(未示出)的光轴106和116可以彼此非常靠近地移动。为了避免透镜的机械干扰，可以在不显著影响光学性能的情况下切除透镜的重叠部分。作为切割透镜的可选方案，可以使用多个微透镜，每个微透镜使由单个led光源器件或由一小组led光源器件发射的光准直。
64.所公开的具有显著间隙的阵列中的各个led光源器件的布置留下了足够的空间，以用于放置用于接触各个led光源器件的导电迹线以及用于放置如散热器、热管等的热管理特征。因此，可以极大地改善照明装置的整体性能和寿命。
65.虽然前面的示例公开了led光源器件的一维阵列，但是可以采用led光源器件的二维阵列以提供照明装置的增强的特殊分辨率。图8a至图8c中描绘了二维阵列的一些非限制性示例。
66.图8a描绘了两个阵列201和202的组合，每个阵列包括两行led发光器件203。相应的led光源器件203的光合并为具有两行光束的无缝光场。
67.图8b描绘了两个阵列211和212的组合，每个阵列包括三行led发光器件213。相应的led光源器件213的光合并为具有三行光束的无缝光场。
68.图8c描绘了两个阵列221和222的组合，每个阵列包括四行led发光器件223。相应的led光源器件223的光合并为具有四行光束的无缝光场。
69.图9描绘了照明装置的另一示例，该照明装置包括布置在第一阵列102中的第一组led光源器件101、布置在至少一个第二阵列112中的至少一个第二组led光源器件111以及被配置为用于选择性地激活、控制并且/或者停用各个led光源器件101和111的控制装置300。
70.在所有的led光源器件连接到公共接地导体的同时，可以通过单独地向每个led光源器件提供电源电压来促进led光源器件的单独控制。可选地，所有的led光源器件可以连接到共电源电压，并且每个led光源器件的驱动电流可以被单独地控制。
71.图9中所示的照明装置使得能够选择性地控制与各个led光源器件对应的光场的各个部分中的亮度，这对于多个目的可以是有益的。
72.在一个可行的应用中，根据该公开的照明装置可以用作车辆前灯。在这种应用中，光场的各个部分的亮度控制可以用于避免对即将到来的交通工具或行人造成眩目，同时提供驾驶员视场的最佳照明。代替驾驶员的视场，前灯可以用于照亮自动驾驶车辆或机器辅助驾驶车辆中的机器视觉系统的视场。
73.根据该公开的照明装置可以最好地应用于车辆的自适应远光光束(driving beam)，但是同样可以应用于远光照明或近光照明。
74.在又一可行的应用中，根据该公开的照明装置可以用作路灯。在这种应用中，光场的各个区域的亮度控制可以用于为道路的不同部分(如车道部分和人行道部分)提供自适应亮度。
75.在不同的应用中，根据该公开的照明装置可以用作室内灯。亮度控制可以用于根据用户的偏好来提供定制照明。